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    公开号:WO1986002631A1
    申请号:PCT/EP1985/000569
    申请日:1985-10-26
    公开日:1986-05-09
    发明作者:Günter Ritter
    申请人:Uht, Umwelt- Und Hygienetechnik Gmbh；
    IPC主号:C02F5-00
    专利说明:
    [0001] Lösungsverfahren und Lösungsmittel für schwerlösliche
    [0002] Karbonate
    [0003] Beschrei ung.
    [0004] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lösung von ei¬ nem im wesentlichen Kalziumkarbonat enthaltendem Nieder¬ schlag bzw. einer solchen Ablagerung, insbes. von Kes¬ selstein, durch eine Lewissäure in einer Konzentration von 10 bis 1000 mMol/l.
    [0005] In Wässern mit höheren Karbonathärten und Gesamthärten kommt es bei CO -Verlusten an die Atmosphäre zu Über¬ sättigung an Calciumkarbonat und Magnesiumkarbonat ψid infolgedessen mehr oder weniger rasch zur Ausfällung von hauptsächlich CaCO,. daneben CaCO, • MgCO-, MgCO- und anderen Beimengungen. Diese Ausfällungen können in Form von Trübungen Partikeln, häufig aber in Gestalt harter Ablagerungen und Krusten aus sogen. Kesselstein, die mechanisch nur schwer entfernbar sind, auftreten.
    [0006] Ein typische Kesselstei nzusam ensetzung besteht aus: CaCO, über 95 %. MgCO, unter 5 %. Phosphat in Spu¬ ren. Eisen in Spuren. Charakteristisch für derartige Kesselstein-Niederschläge ist, daß sie CaCO, überwie¬ gend enthalten.
    [0007] Mit steigender Wassertemperatur und mit zunehmender Kar¬ bonat- und Gesamthärte des Wassers wird die Kesselstein¬ ausscheidung größer. Kesse l stei nablagerungen können in vielfacher Weise, beispielsweise durch die Verminderung der Wärmeübertragung, die Verengung von Rohrquerschnit¬ ten, die Verkrustung von Pumpen, Ventilen. Heizelementen usw.. die Verringerung der Transparenz und des ästeti- schen Aussehens von Glas-. Kunstoff- bzw. Meta l Igefäßen , funkti onsmi ndernd in Erscheinung treten und zu gravie¬ renden Systemstörungen führen.
    [0008] Ein wichtiges Beispiel betroffener Geräte stellen Kaf¬ fee- und Teeautomaten im Haushalt dar. Es ist daher um¬ umgänglich, periodisch derartige Geräte und Anlagen von Kesselsteinablagerungen zu befreien.
    [0009] Da Kaici umkarbonat der Hauptbestandt«i l von Kesselstein ist, können alle folgenden Erklärungen und Ausführungen an CaCO, allein erfolgen. Sinngemäß das Gleiche gilt dann auch für Dolo i t krusten, CaCO, • MgCO, und MgCO,- Beimengungen, bzw. andere Karbonate, z.B. basi¬ sches Kupfer- oder Zink-Karbonat.
    [0010] Bekannt ist, daß man CaCO, mehr oder weniger rasch durch Einwirkung von Säuren auflösen kann, z.B. durch eine starke anorganische Säure, wie HCl, HNO,, eine mittelstarke anorganische Säure, wie H,P0., eine mittelstarke bis schwächere organische Säure, wie HCOOH, CH,C00H, eine schwache organische Säure, wie Zitronen¬ säure oder Weinsäure. Auch Gemische aus verschiedenen Säuren, z.B. H,P0. und Zitronensäure, werden einge¬ setzt .
    [0011] Eine oft erwünschte, rasche CaCO,-Auflösung wird le¬ diglich durch starke anorganische Säuren erreicht. Die Auflösungsgeschwi ndi gkeit nimmt mit fallender Säure¬ stärke rasch ab. Selbst bei mehrbasichen Säuren bleibt die Reaktionsgeschwindigkeit klein, da in der Regel nur ein Proton, H -Ion, pro Säuremolekül, und zwar zur Hauptsache das H -Ion der ersten Dissoziationsstufe, an der Reaktion beteiligt ist. Praktische Anwendungs- und Modellversuche zeigten, daß lediglich Säuren mit ersten Dissoziationskonstanten pk kleiner 1,5 - 2 noch mit ausreichender, praktikabler Geschwindi keit mit CaCO, reagieren. Daher führen nur starke Mineralsäuren in entsprechender Konzentration, z.B. HCL. HNO» zu befriedigenden CaC0,-Auf lösungs- zeiten. Schon mittelstarke Säuren mit ersten Dissoziati¬ onsstufen im Bereich pk gleich 2 bis 4, z.B. sogar Phos¬ phorsäure, reagieren erheblich langsamer bzw. erfordern unverhältnismäßig große Säureüberschüsse, d.h. hohe Säu¬ reanwendungskonzentrationen. Säuren mit pk1~Werten zwischen 4 und 5 reagieren sehr langsam und lassen sich auch durch überhöhte Anwendungskonzentrationen nur unge- nügend in ihrer Auf lösungsgeschwi ndi gkei t steigern. Noch schwächere Säuren mit pk,.-Werten größer 5 reagieren schließlich überhaupt nicht mehr mit praktisch verwert¬ barer Geschwindigkeit. Diese Säurestärkebetrachtungen gelten nicht nur für erste Dissoziationsstufen (wo sie die höchste Reaktivitätsstufe beliebiger Säuren darstel¬ len), sondern für alle Dissoziationsstufen mehrprotoni- ger Säuren.
    [0012] Die nach dem Stand der Technik zweckmäßig eingesetzten Säuren oder Gemische starker ud mittelstarker Säuren bringen anwendungstechnische Nachteile mit sich, und so¬ gar die mittelstarken Säuren zeigen: eine hohe Korrosi¬ on, einen scharfen, unangenehmen seh lei mhautrei zenden Geruch, eine physiologisch bedenkliche Toxizität, eine Agressi vi tät , die Haut- und Schleimhautreizung verur¬ sacht. Sie sind umweltbelastend und bedürfen spezieller Sicherheitsvorkehrungen bei der Anwendung, da die Anwen¬ dung nicht ungefährlich ist, und gesicherter Verpackun¬ gen. Schwache Säuren zeigen eine sehr langsame. ungenügende Auflösung von CaCO,, unter Bi ldung von trüben Lösungen, sowie eine Bi ldung von Sekundärnieder¬ schlägen schwerlöslicher Kalziumsalze, und es findet eine nur tei lweise Ausnutzung der Säurekapazi tät, z.B. 25 - 50 % statt, wodurch höhere Konzentrationen und größere Einsatzmengen erfoderlich sind.
    [0013] Alle Versuche mit schwachen und daher wenig korrodieren¬ den organischen Säuren zeigen, daß diese sehr langsam,, in völlig ungenügendem Ausmaß und oft unter Bi ldung trü¬ ber Lösungen und von Sekundärniederschlägen mit CaCO,- Granulat reagieren. Die erheblich reaktionsfähigeren starken Säuren zeigen die für mittelstarke Säuren ge¬ nannten Nachtei le noch in verstärktem Maße. Auch Versuche mit schwachen kationischen Aquosäuren, z.B. mit [Al(H20)6 ] 3+ oder [Fe<H-,0)6]3+ , zeigen nur sehr langsame Reaktionen. Auch andere kationische Aquo¬ säuren mit 3oder 4-wertigen Kationen reagieren mit CaCO, bzw. Kesselstein nur minimal; ebensowenig rea¬ gieren andere Lewissäuren.
    [0014] Es ist aus Thermal Engineering 29, 1982, S. 504-505 be¬ kannt, Aluminiumchloridlösungen zur Lösung von Kalkabla¬ gerungen zu verwenden. Es zeigt sich eine Lösungsge¬ schwindigkeit, die wesentlich geringer als die von Salz¬ säure, jedoch höher als die einer organischen, aliphati- schen, niedermolekularen Säure war. Die Korrosivität des Alumuni u ch lori ds lag unter der der organischen Säure.
    [0015] Die Aufgabenstellung ist, eine Verfahren und Mittel zur Auflösung von Kesselstein mit folgenden Eigenschaften zu benennen; Es soll eine hohe Auf lösungsgeschwi ndi gkei t von Kesselstein und kesselsteinartigen CaCO,-Formen erbringen, eine geringe Korrossionswirkung zeigen, kaum ätzend sein, die Auflösung unter Bi ldung klarer Lösungen und unter Vermeidung von Sekundärniederschlägen erbrin¬ gen, eine einfache Handhabung bieten und ungefährlich in der Anwendung sein.
    [0016] Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Lewissäure eine mittelstarke bis schwache Protonensäure oder tei l- deprotoni erte, mindestens ein Proton liefernde, weitere Säure einer Dissoziationsstufe mit pk-Werten zwischen 1 und 2 in einem Molverhältnis der Säure zur Lewissäure von 1 :1 bis 6:1, vorzugsweise 2:1 bis 3:1, zugesetzt i st .
    [0017] Weitere vortei l hafte' Ausgesta l tungen des Verfahrens und geeignete Mittel sind in den Unter- und Nebenansprüchen angegeben.
    [0018] Völlig überaschend verhielten sich Gemische aus schwa¬ chen bis mittelstarken Säuren und Salzen von 3- und 4-wertigen Kationen, speziell AI - und Fe -Salze, in ihrem Reaktionsverhalten gegenüber CaCO, so unter¬ schiedlich zu den Komponenten, daß völlig neuartige Re¬ aktionseigenschaften entstanden. Wichtig ist dabei, die Stöchiometri e der Mischung. Besonders wirksam erwiesen sich Gemische mit Mo lverhä l tn ssen von Säure zu 3- bzw. 4-wertigen Metallionen von 1 :1 bis 6:1, vorzugsweise bei mehrbasichen Säuren von 2:1 und 3:1.
    [0019] Obwohl die Komponenten der Mischung allein völlig unge¬ nügendes Reaktionsverhalten mit CaCO, zeigten, ist in der Mischung eine signifikante, auffällige Verbesserung der Reaktivität gegenüber CaCO, mit folgenden typischen Unterschieden feststellbar. Es zeigt sich eine mehrfache, etwa 2 bis 4-fache Auf lösungsgeschwi ndi gkeit, eine 2- und mehrfache Säurekapazität im Vergleich zu der Summe der einzelnen Lösungskapazitäten der Komponenten des Mittels; denn pro Säuremolekül werden mehr als ein H -Ion (typisch 2-4) ausgenutzt, und es entstanden klare niederschlagsfreie Lösungen. Die Korrosion ist um Größenordnungen kleiner als bei den in der Reaktivität vergleichbaren starken Säuren, und daruberhi naus ist sie überraschender Weise sogar geringer als bei den reinen Komponenten des Mittels, wenn diese jeweils in entspre¬ chender Konzentration und bis zur gleichen Auflösungs¬ menge des Kesselsteines angewendet werden.
    [0020] Die stark erhöhte Azidität der aktivierten Säuren be¬ wirkt anscheinend eine Erhöhung des Dissoziationsgrades und eine Erhöhung der aktuellen H -Ionenkonzentration.
    [0021] -r + überraschend dabei ist jedoch, daß die H -Ionenkonzen¬ tration dabei nicht soweit erhöht wird, daß die agressi- ven, gefährlichen Verhältnisse der sehr starken Mineral¬ säuren (alpha = 1) erreicht werden. Vielmehr findet eine mittlere Erhöhung statt, die etwa zwischen nicht akti¬ vierten und Mineralsäuren liegt, wobei im Unterschied zu den starken Mineralsäuren, bei denen die extrem hohe Wasserstoffi orienkonzentrati on rasch abnimmt, ein mittel¬ hohes Konzentrationsniveau durch ständige Nachdissozia¬ tion und durch weitergehende Gleichgewichtseinstellung auch mit folgenden D ssoziationsstufen lange erhalten bleibt. Bei den reinen Säuren hingegen ergibt sich eine viel niedrigere Wasserstoffi onenkonzentrati on.
    [0022] Es zeigte sich, daß es für das Verfahren gleichgültig ist, ob die Komponenten vor der Reaktion zusammengebracht wurden und gemeinsam dosiert wurden oder einzeln dem Reaktionsgefäß mit dem CaCO,-Granulat zugesetzt wurden. Immer wurde die erhöhte Reaktionsfä¬ higkeit beobachtet, da die ursprünglich schwache bis mittelstarke Säure durch stochi ö etri sehe Zusätze von 3bzw. 4-wertigen Metallsalzen, insbes. AlCl,**6H20 oder FeCl,'6H 0, stark aktiviert wurden.
    [0023] Diese Säureaktivierung durch Aluminiumchloridhydrat und Eisentrichloridhydrat wurde an folgenden Säuren unter¬ sucht und in den Fig. 2 bis 9 dargestellt, und zwar für eine anorganische Säure, die Phosphorsäure, für organi¬ sche Karbonsäuren, die Oxalsäure, die L-Weinsäure und die Zitronensäure, für eine Phosphonocarbonsäure, die Phosphonobutantri carbonsäure und für eine Phosphonsäure, die 1-Hydroxy-äthan-1,1-di phosphonsäure.
    [0024] Aus den Beispielen ist abzuleiten, daß eine schwache bis mittelstarke Säure durch Zusatz einer Lösung eines Sal¬ zes aus 3- oder 4-wertigen Metallionen und einem, vor¬ zugsweise anorganischen, Säurerest einer starken Säure im Mol Verhältnis 1 :1 bis 6:1 aktiviert wird.
    [0025] Einschränkungen für die praktische Anwendbarkeit dieses neuartigen Aktivierungsprinzips ergeben sich lediglich dann, wenn die Säure, auch unter Anwesenheit des Aktiva- tors, oder dieser selbst schwerlösliche Verbindungen mit dem zu lösenden Stoff, insbesondere mit dem Kalzium des Kesselsteines, bilden, auch wenn diese Stoffe nur inter¬ mediär auftreten. Es zeigt sich überraschend, daß auch solche Säuren zum Einsatz gebracht werden können, die ohne Anwesenheit des Aktivators sehr schwerlösl che Kalziumsalze oder Niederschläge bilden, z.B. Oxalsäure, da der Aktivator die Niederschlagsbi ldung verhindert
    [0026] Neben den gezeigten Beispielen ist es dem Fachmann mög¬ lich, weitere Säuren auf ihre Eignung zur Aktivierung durch Zusatz von Lewissäuren für bestimmte Anwendungen, die auch über das Lösen von Kesselstein hinausgehen können, zu prüfen. Geeignet erscheinen u.a. anorganische Säuren, wie Salzsäure, Polyphosphorsäure und deren teil- deprotoni erte Anionen. Phosphorige Säure, - PO-, , Borsäure und deren tei Ideproton erte Stufen, Flußsäure, SO , Schweflige Säure, Hydrogensulfit, Hydrogensulfat, und organische Säuren, wie Ameisensäure, Essigsäure. Propionsäure . Glycolsäure, Glyox Isäure . Mi lchsäure, Malonsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Polyac r l säure, Zitronensäure, Apfelsäure, Traubensäure Zuckersäuren, wie Mono- und Di ca rbonsäuren von Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen _ und deren "biopolymere For- men, außerdem Polyhydroxy, Po lya Idehydepolyca rbonsäuren, a Ipha-A i nocarbonsäuren, Kohlenhydrate mit vic-Dihy- droxygruppen, Polyhydroxy-Verbi ndungen, z.B. Zucker- aLkohole, Glycolderivate, z.B. Äthylenglycol, Glycerin, 1 ,2-Propylenglycol, 1 ,2-ButyLeng lycol, Poly-amino- polycarbonsäuren , wie Ni tri Lot ri essi gsäure und tei Ide- protonierte Stufen in EDTA - Stufen oder DTPA-Stufen, weiterhin Poly-a i no-poly-phosphonsäuren, wie Nitri lo- tris-(Methylenphosphonsäure) , Äthylen-diamin-tetra- (Methylenphosphonsäure) , Di-äthylen-triamin-penta- (Methylenphosphonsäure) . Hexa-methylen-diamin-tetra- (Methylenphosphonsäure) , weiterhin Ami no-carbonphosphon- säuren, wie N- (Phosphono-meth l ) -g lyci n , N- ( Phosphono- methyl )-i mi no-di essi gsäure . Bei allen me rprotoni gen Säuren wird die Aktivierung auch, sogar besonders bei den tei ldeprotonierten Stufen, wie den Mono-, Di-, Tri- und Polyhydrogenani onen, wirksam. Es können auch natür¬ lich gewonnene Säuren aus Pf Lanzen, "z . B. Zitronensaf , verwandt werden. Eine ausgeprägte Aktivierung der aufgezählten Säuren er¬ bringen dreifach und vierfach geladene Kationen, das sind die M -Kationen der Hauptgruppenelemente, insbes des Aluminiums, der Übergangselemente, insbes. des Ei¬ sens, und die der Lanthaniden und Actiniden, weiterhin
    [0027] 4+ die M -Kationen der Hauptgruppenelemente, der Über¬ gangselemente und der Lanthaniden und Actiniden.
    [0028] Unter Haushaltsbedingungen sind ergänzend zu den in der Aufgabenstellung bereits genannten Eigenschaften ver¬ schärfend noch folgende wichtig: Das Mittel soll nicht¬ toxisch, physiologisch unbedenklich, unschädlich für die Umwelt sein oder eine gute Abbaubarkeit zu umweltver- träglichen Folgeprodukten besitzen wenig geruchsbelästi¬ gend sein, seine Dämpfe und Reaktionsdämpfe sollen nicht seh Lei mhautrei zend sein und die Anwendung soll ohne Si¬ cherheitsvorkehrungen erfolgen können.
    [0029] Durch die hier genannten Zusatzbedingungen ergeben sich Einschränkungen bei der fachmännischen Auswahl der Kom¬ ponenten des Mittels, jedoch ergibt sich eine größere Anzahl Säuren und Aktivatoren, von denen eine Auswahl in den Unteransprüchen dargestellt ist. Insbes. ist die Zitronen- und die L-Weinsäure zu nennen, die in Kombina¬ tion mit Aluminium- oder Eisenchlorid ein pre sgünstiges Mittel für Haushaltsanwendungen ergeben.
    [0030] Die Anwendung der durch Zusatz von Lewis-Säuren akti¬ vierten Säuren, ist in den Versuchsreihen, insbes. ge¬ eignet zur Entfernung von KesseLstei nkrusten und Verkal¬ kungen in Haushaltskaffee- und -teeautomaten untersucht worden. Da grundsätzl ch beliebige Kesselstei nkrusten, CaCO,-Ni edersch Läge und Ablagerungen anderer Karbonate mit den aktivierten Säuren aufgelöst und da it beseitigt werden können, sind folgende Anwendungsbereiche zu se¬ hen: Die Beseitigung von kalkhaltigen Ablagerungen in Rohrleitungen, die Entfernung von Kesselstein aus Heiz- und Küh Lsyste en, die Reinigung von Heiz- und Reaktions¬ kesseln, die Verwendungen als saurer Industriereiniger, Haushaltsreiniger, sanitäre Reiniger, HaushaLtska Lk- entferner, saures Lösungsmittel in Industrie und Labor.
    [0031] Die Art der Applikation der Säure und des Aktivators ist für die Aktivierung nicht maßgebend. Daher gibt es eine Vielzahl von Appli ati onsformen. So gibt es Zweiphasen-, Zwei komponenten- oder Mehrkomponentenprodukte. Bei ihnen erfolgt die Einbringung von Säure und Aktivator zu dem Reaktionsort getrennt in Form von wäßrigen oder nicht- wäßrigen Lösungen, lösungsmi tteLfreien, .festen Formen, z.B. als Pulver, in gepreßter Form als Tabletten, Granu¬ lat, Pellets, Extrudate, Agglomerate.
    [0032] Bevorzugt sind jedoch die Einphasenmischungen der Kompo¬ nenten in wäßriger oder nichtwäßriger Lösung, oder vor¬ zugsweise in fester Mischung oder auch als Paste oder als Suspens on, z. B. einer festen Lew ssäure in einer flüssigen schwachen oder mittelstarken Säure.
    [0033] Zur Ausnutzung der festgestellten korrosionsmindernden Wirkung des Aktivators wird bevorzugt der Einsatz der Anionen vorgesehen, der dem Material, das von Kessel¬ stein zu reinigen ist, oder das mit dem Lösemittel län¬ gere Zeit in Berührung kommt und besonders korrosions¬ empfindlich oder funktionswichtig ist, entspricht, also für AI-Behälter, ein AI -Aktivator. für Fe-Behälter ein Fe -Aktivator und für Cr-Oberf lächen ein Cr -Aktivator. Neben dem Einsatz von einer Säure mit einem Aktivator ist es anwendungstechnisch oder kostenmäßig oft günsti¬ ger, zwei und mehr Säuren mit einem Aktivator, eine Säu¬ re mit mehreren Aktivatoren und zwei und mehr Säuren mit zwei und mehr Aktivatoren unter Berücksichtigung der Summenmol erhä Ltni sse von 1:1 bis 6:1 zu kombinieren.
    [0034] Die Kombination verschiedener Aktivatoren kann insbes. zur Korrossi onsmi nderung gegenüber Metallegierungen, durch geeignete Auswahl von Art und Mi shungsver ä ltni s der Aktivierungskationen sinnvoll angewendet werden. Mit der Aktivierung kann daher gleichzeitig eine zusätz¬ liche Stabilisierung von Metalloberflächen aus dem Akti-
    [0035] * vierungsmetall und damit zusätzlich Korrosionsminderung erzielt werden.
    [0036] In den Figuren 1 bis 8 sind Versuchsergebnisse zusammengestellt.
    [0037] Fig. 1 zeigt eine Kurve der Bestimmung von Salzsäure¬ äquivalenten der Reaktivität gegen Kesselstein¬ granulat :
    [0038] Fig. 2 zeigt die Aktivierung von Phosphorsäure auch kombiniert mit Zitronensäure mit Aluminium c lorid;
    [0039] Fig. 3 zeigt die Aktivierung von 2-Phosphono-Butan- 1 ,2,4-Tri carbonsäure durch Aluminium- bzw. Eisenchlorid;
    [0040] Fig. 4 zeigt die Aktivierung von L-Weinsäure bzw. Oxalsäure mft Aluminium- bzw. Eisenchlorid;
    [0041] Fig. 5 zeigt die Aktivierung von Zitronensäure durch Aluminium- bzw. Eisenchlorid;
    [0042] Fig. 6 zeigt die Aktivierung von 1-Hydroxyäthan-1 , 1 - Di phosphonsäure durch Aluminium- bzw. Eisen¬ c lorid; Fig. 7 zeigt Korrosionsversuchsergebnisse von Zitronen¬ säure, Aluminiumchlorid und Mischungen auf Alumi ni um.
    [0043] Fig. 8 zeigt die Lösungsaktivität von Aluminiumchlorid für Kesselstein bei diversen Temperaturen.
    [0044] Die Versuche wurden mit einem CaCO,-Granulat und zu¬ sätzlich zum Teil mit zerkleinertem, gesiebtem Kessel- stei ngranulat durchgeführt. Untersucht wurde die Reakti¬ vität von AI und/oder Fe -aktivierten Säuren mit diesem CaCO,-Granulat .
    [0045] Durchführung und Versuche: In '500 ml Wasser (Leitungs- wasser von mittlerer Härte) wurden die Säure in einer Molmenge, die ungefähr 400-600 mVal H -Ionen äquiva¬ lent war, und der Aktivator in Form von M l -, ' ' H~ oder FeCl-'όH-O in dem gewünschten Molverhä Ltni s (1:1 bis 6:1) aufgelöst. Jeweils zu der klaren Lösung wurden 10,00 g CaCO,-Granulat (ca. 100 mMol entspre¬ chen 200 mVal) in Form von ca. 1 mm großen Körnchen zu¬ gesetzt. Zur Beurteilung und zum Vergleich der Reaktivi¬ tät der ni chtakti vi erten und unterschiedlich aktivierten Säuren wurde die Zeit bis zum Ende der sichtbaren C0-- Entwicklung gemessen, bei der das Granulat aufgelöst war .
    [0046] Der experimentelle Zusammenhang zwischen der Reaktions¬ zeit und der H -Ionenkonzentration wurde eine Ver¬ suchsreihe mit verschiedenen Salzsäurekonzentraten er¬ mittelt. In der aus diesen Resultaten gewonnenen Eich¬ kurve Fig. 1 können die gemessenen Rakti onszei ten mit mmiittttlleerreenn HH --AAkkttiivii ttäätteenn,, ausgedrückt in mVal HCl pro 500 l korreliert werden, Fig. 2 zeigt, daß Phophorsäure durch einen Zusatz von Aluminiumchloride so stark aktiviert werden kann, daß Kesselsteingranulat in weniger als der halben Zeit ge¬ löst wird, die die gleichkonzentrierte Säure allein benötigt. Die zugesetzte Aluminiumchloridlösung allein zeigt nur eine geringe Lösungsreaktion, vgl. Fig. 8.
    [0047] Weiterhin ist auch im Vergleich zu Fig. 5 zu sehen, daß auch Mischungen von Säuren, nämlich der Phosphor- und der Zitronensäure in ähnlihcer Weise auf die über 3-fache Reaktionsgeschwindigke t aktivierbar sind; die Säure ischung allein entspricht in ihrer Reaktivität jedoch nur etwa der Summe der Komponentenreaktivität.
    [0048] *
    [0049] Fig. 3 zeigt die Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit von Di phosphonobutantri carbonsäure durch Aluminium- bzw. Eisenchlorid auf das mehr als 3- bzw. 4-fache der Säure allein.
    [0050] Fig. 4 zeigt die Aktivierung von L-Weinsäure, die allein mit dem Granulat nur eine unvollständige Reaktion unter Ni ederseh lagbi Idung zeigt, mit Aluminiumchlorid bzw. Eisenchlorid in den Molverhältni ssen 3:1 bzw. 2:1, wobei durch eine erhöhte Zugabe von Aktivator das Salz-Säure¬ äquivalent sich erhöhte und zwar bei Aluminiumchlorid geringfügig, bei Eisenchlorid jedoch überproportional, so daß dabei eine ähnliche Reaktivität wie bei der Oxal¬ säure erreicht wurde. Weiterhin ist zu entnehmen, daß Oxalsäure und Eisenchloπ'dlösung das Kesselsteingranulat einzeln praktisch nicht lösen, jedoch eine Mischung der¬ selben, einem HCl-Säureäqui valent von 320 mMol entspre¬ chend, mit dem Kesselstein reagiert. Fig. 5 zeigt wie für die Zitronensäure, die mit dem Gra¬ nulat nur langsam unter Ausscheidung eines Niederschla¬ ges reagiert eine Aktivierung durch Aluminiumchlorid erreicht wird, die jedoch bei der Steigerung der Molver¬ hältnisse von 3:1 auf 2:1 keine weitere Erhöhung der Säureakti ität über ein Salzsäureäquivalent von 285 mMol brachte. Eine Aktivierung mit Eisenchlorid zeigt eine weitere Steigerung der Reaktivität bei einem Molverhält¬ nis von 2:1 bis auf ein Salzsäureäquivalent von 305mMol.
    [0051] Fig. 6 zeigt, daß eine außerordentliche Steigerung der Aktivität von 1-Hydroxyathan-1.1 -Bi phophonsaure erreicht wird, die allein nur sehr langsam und unter Entstehung von Niederschlag reagiert, durch Aluminium- und insöes. Eisenchlorid. Die günstigste Kombination mit Eisen¬ chlorid in Molverhältnis von 2 zu 1 ergab nur 30 bis 35 Min. Reaktionszeit das ist etwa die Hälfte der günstig¬ sten Zeiten aus den Beispielen nach den Fig. 2 bis 6.
    [0052] Eine weitere Versuchsreihe wurde mit 103 mMol der 2-Phosphonobutan-1 ,2,4-tri carbonsäure, 34,3 bzw. 51,5 mMol des Aluminiumhexahydrat bzw. mit Mischungen dersel¬ ben durchgeführt. Anstelle von 10 g CaCO,-Granulat wurden hier jedoch 20 g CaCO,-Granu lat entsprechend 200 mMol entsprechend 400 mVal eingesetzt. Nach 12 h Re¬ aktionszeit, d.h. Lange nach Ende der sichtbaren Reak¬ tion mit C0-,-Entwi cklung, wurde die Menge an nicht ge¬ löstem CaCO,-Granulat bestimmt. Es zeigt sich, daß die Säure allein 6,33 g gelöst hatte, das Alumini umchlorid 4,18 g bzw. 5,94 g löste und die Mischungen 10,95g bzw. 12,98 g lösten. Somit haben die Mischungen für Kessel¬ steinauflösung eine höhere Säurekapazität als die Kompo¬ nenten einzeln: sie sind in dieser Hinsicht also vor¬ teilhaft. Da die meisten Durchlauferhitzer in Kaffee- und Teeauto¬ maten für den Haushalt aus Aluminium-Legierungen beste¬ hen, wurde eine vergleichbare Legierung in einer Ver¬ suchsreihe zur Abschätzung der Säurekorrosivität einge¬ setzt. In Fig. 7 sind die Ergebnisse zusammengestellt. Es zeigt sich überraschend daß, obwohl die Säureaktivi¬ tät der Mischung von Zitronensäure mit Alumi ni umch lori d, gem. Fig. 5, ZI. 4-6 wesentlich gesteigert ist, deren Korrosivität iedoch geringer als die der Zitronensäure allein ist. Daruberhi naus ergibt sich eine überpropor¬ tionale Verringerung der Korrosion in der praktischen Anwendung, wenn man berücksichtigt, daß die Verweilzeit der Mischung bis zur Auflösung einer vorhandenen Menge Kesselsteines wesentlich kürzer ist als bei der Verwen¬ dung der Komponenten allein. Da sich z.B. aus den Versu¬ chen zur Lösung von Kesselstein bei erhöhter Temperatur
    [0053] * eine mehr als 10-fach kürzere Zeit für die Mischung im Vergleich zur Aluminiumchloridlösung ergab, erbringt die Mischung, trotz der, auf gleiche Verweilzeiten bezogen, etwa 5 mal geringeren Korrosivität der Aluminiumchlo¬ ridlösung, nur den halben Korrosionsabtrag in der ver¬ kürzten notwendigen Anwendungszeit.
    [0054] Für Versuchsdurchführung wurde bei 90 grad C ein Strei¬ fen von poliertem, entfettetem AlMg3-Blech von 1 mm Stärke, 10 mm Breite und 70 mm Länge 10 Min. jeweils in eine Lösung von Zitronensäure, von Alumi ni u hexahydrat- chlorid, einer Mischung der Komponenten und vergleichs¬ weise von Salzsäure gehängt und dabei die Lösung ge¬ rührt. Die jeweils abgelöste Aluminiummenge wurde dann besti mt .
    [0055] Eine weitere Versuchsreihe zeigt, daß die Aktivierung einer Säure auch bei erhöhter Temperatur von 90 grad C, bei der in Wassererhitzern häufig der Re nigungsprozeß durchgeführt wird, ähnlich wirksam ist. Mit einer Lösung von 19 g Zitronensäure, aktiviert mit 11 g AlCl^όH^O in 500 ml Wasser wurden 10 g Kesselsteingranulat in 10 Min. zu 96% gelöst. Dagegen erreichte Zitronensäure allein selbst bei ca. 50 %iger Mehrkonzentration mit 30 g pro 500 ml Wasser ein schlechteres Ergebnis: in 10 Min. waren erst 70 % gelöst. Mit einer ebenfalls erhöhten Konzentration von 24 g Alumi ni umhexahytratch lo- rid wurden lediglich 7 % des Kesselsteines in 10 Min. gelöst .
    [0056] In Fig. 8 sind 2 Kurven gezeigt, die die geringe Reak-
    [0057] * tivität des Kesselsteingranulates mit dem Alumi ni u hexa- hydratch lori d bei 20 grad C und 90 grad C wiedergeben. Es wurden 10 g Granulat bei ständigem Rühren in 500 ml einer Lösung von 0.1 Mol behandelt und die aufgelöste Menge Q in % über der Zeit t in Min. aufgetragen. So können zu den Angaben in den Fig. 2 bis 6 "praktisch keine Reaktion" für vergleichbare Zeiten der dort mit den aktivierten Säuren beschriebenen Reaktionen hier der Kurve in Fig. 8 zu T = 20 grad C als Grenzwerte ent¬ nommen werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1 - Verfahren zur Lösung von einem im wesentlichen Kalzium¬ karbonat enthaltenden Niederschlag oder einer solchen Ablagerung, insbes. von Kesselstein, durch eine Lewis¬ säure in einer Konzentration von 10 bis 1000 mMol/l, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine mittelstarke bis schwache Protonensäure oder tei Ideprotoni erte, minde¬ stens ein Proton liefernde, weitere Säure einer Dissoziationsstufen mit pk-Werten zwischen 1 und 2 in einer Mo lverhä ltni s der Säure zur Lewissäure von 1 :1 bis 6:1, vorzugsweise 2:1 bis 3:1, zugesetzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lewissäure als die weitere Säure eine oder mehrere anorganische Säuren, wie Salzsäure, Polyphosphorsäure und deren tei Ideprotoni erte Anionen, Phosphorige Säure, H-PO, , Borsäure oder deren tei Ideprotoni erte Stufen, Flußsäure, S0 , Schweflige Säure, Hydrogensul¬ fit, Hydrogensulfat, oder organische Säuren, wie Ameis¬ ensäure, Essigsäure, Propi onsäure, Glycolsäure, Glyoxyl- säure, Mi lchsäure, Malonsäure, Maleinsäure, Bernstein¬ säure, Polyacr Isäure, Zitronensäure, Apfelsäure, Trau¬ bensäure Zuckersäuren, wie Mono- und Di carbonsäuren von Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen oder de¬ ren biopolymere Formen, außerdem Polyhydroxy, Polyalde- hydepolycarbonsäuren, a Ipha-Ami nocarbonsäuren, Kohlenhy¬ drate mit vi c-Di hydroxygruppen, Polyhydroxy-Verbi ndun- gen, z.B. Zuckeralkohole, Glycolderivate, z.B. Äthylen- glycol, Glycerin, 1,2-Propylenglycol, 1,2-Butylenglycol, Po ly-ami nopolycarbonsäuren, wie Ni t ri lotri essi gsäure und tei Ideprotoni erte Stufen in EDTA- oder DTPA-Stufen, oder Poly-ami no-poly-phosphonsäuren, wie Nitri lotri s-(Methylenphosphonsäure), Äthylen-diamintetra(Methylenphosphonsäure), Di-äthylen-triamin-penta(Methylenphosphonsäure), Hexa-methylen-diamin-tetra(Methylenphosphonsäure), oder Amino-carbonphosphonsäuren, wie N-(Phosphonomethyl)-glyci n oder
    N-(Phosphonomethyl )-i m no-di essigsaure, in einer Gesamtkonzentration von 100 bis 500 mMol/l zugesetzt wi rd.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lewissäure eine Lösung von mindestens einem Salz ei¬ ner starken Säure mit Kationen eines 3-wertigen Haupft- gruppenelementes, insbes. des Aluminiums, eines Über¬ gangselementes, insbes. des Eisens, oder eines der Lan¬ thaniden oder Actiniden, oder mit 4-wertigen Kationen eines Hauptgruppenelementes, eines Übergangselementes, eines der Lanthaniden oder Actiniden ist, wobei die Ka¬ tionen vorzugsweise solchen Metallen ggf. entsprechen, an denen das Kalziumkarbonat abgelagert ist oder mit de¬ nen die Lösung beim Lösungsvorgang in Berührung steht.
    **■*■ Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auf Lösung von Ablagerungen an Alumini umlegi erungen eine Lösung eines Aluminiumsalzes, vorzugsweise Alumi¬ ni umch Loi dhydrat, und von einer oder mehreren der Säuren wie Zitronensäure, L+Weinsäure, Oxalsäure, 2-Phosphono- Butan-1,2,4-tricabonsäure, 1-Hydroäthan-1,1-Di phosphon¬ säure, eingesetzt wird.
    Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auflösung von Ablagerungen an vorwiegend Eisen enthaltenen Legierungen eine Lösung eines 3-wertigen Eisensalzes, vorzugsweise von Eisendreichloridhydrat, und von einer oder mehreren Säuren, wie Zitronensäure, L+Weinsäure, Oxalsäure, 2-Phosphono-Butan-1 ,2,4-Tri car¬ bonsäure, 1-Hydroäthan-1 ,1 Di phophonsaure, eingesetzt wi rd.
    Mittel zur Auflösung überwiegend Kalziumkarbonat enthal¬ tender Niederschläge und Ablagerungen, insbes. von Kes¬ selstein in gelöster oder ungelöster Form, das in wäss- riger Lösung drei- oder mehrwertige Metallionen mit einem Äquivalent von Anionen mindestens einer starken anorganischen Säure enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es im ein- bis sechsfachen, vorzugsweise dem zwei- "bis dreifachen Molverhältnis zu den Metallionen weitere Anionen mindestens einer schwachen Säure oder mittel¬ starken Säure im wesentlichen enthält.
    Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schwache oder mittelstarke Säure mindestens eine der anorganischen Säuren, wie Salzsäure, Polyphosphorsäure oder deren tei Ideprotoni erte Anionen, Phosphorige Säure, H-PO, , Borsäure oder deren tei Ideprotoni erte Stu¬ fen, Flußsäure, SO-, Schweflige Säure, Hydrogensulfit, Hydrogensulfat, oder organischen Säuren, wie Ameisensäu¬ re, Essigsäure, Propionsäure, Glycolsäure, Glyoxylsäure, Milchsäure, Malonsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, PolyacryIsäure, Zitronensäure, Apfelsäure, Traubensäure Zuckersäuren, wie Mono- und Di carbonsäuren von Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen und deren biopoly- mere Formen, oder Polyhydroxy, Polya Idehydepolycarbon¬ säuren, a Ipha-Ami nocarbonsäuren, Kohlenhydrate mit vic-Dihydroxygruppen, Po lyhydroxy-Verbi ndungen, z.B. Zuckeralkohole, Glycol- derivate, z.B. Äthylenglycol, Glycerin, 1 ,2-Propylen- glycol, 1 ,2-Butyleng lycol , Poly-ami nopolycarbonsäuren, wie Nitri lotriessigsäure oder tei Ideprotoni erte Stufen in EDTA- oder DTPA-Stufen, oder Poly-ami no-polyphosphon- säuren, wie Ni tri lotri s-(Met hylenphosphonsäure) , Äthylen-diamintetra(Methylenphosphonsäure), Di -äthylen-triamin-penta (Met hylenphosphonsäure), Hexa-methylen-diamin-tetra(Methylenphosphonsäure), weiterhin Ami no-carbonphosphonsäuren, wie N-(Phosphono - ethyl )-glyci n oder N-(Phosphonomethyl)-iminodi essi gsäure ist.
    Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß'es in gelöster oder ungelöster Form Aluminium oder Eisen¬ drei ch lori dhydrat und mindestens eine der Säuren, wie Zitronen-, L+Wei nsäurehydrat , 1-Phosphono-Butan-1 ,2,4- Tri carbonsäure oder 1 -Hydroxyäth len-1 ,1-Di phophonsaure im Molverhältnis mit 1 :2 oder 1;3 als wesentliche Bestandtei le enthält.
    Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lewissäure und die schwache oder mittelstarke Säur feste Form haben und das Mittel als Pulver oder Granulat oder im Kristall- öder Tablettenform vorliegt.
    Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lewissäure mit der schwachen oder mittelstarken flüssigen Säure in Pastenform zubereitet ist.
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    EP0122013B1|1988-12-21|Polymere Zusatzstoffe für Wasser
    US4512552A|1985-04-23|Corrosion inhibitor
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US4747975A|1988-05-31|
    EP0200776A1|1986-11-12|
    EP0200776B1|1989-01-18|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    FR358991A|1904-09-23|1906-03-13|John Frederick Wixford|Procédé et appareil pour la purification de l'eau|
    FR1094373A|1953-11-16|1955-05-20||Nouveau produit détartrant, dérouillant et protecteur|
    DE1937617A1|1968-07-31|1970-02-19|Nalco Chemical Co|Korrosionshemmende Masse und Verfahren zur Hemmung der Korrosion von Metalloberflaechen|
    US3547818A|1969-04-07|1970-12-15|Ventron Corp|Alcoholic ionic compositions containing a metal selected from hg ,cu ,ag ,cd ,ni ,zn ,and co |
    US3704750A|1969-11-25|1972-12-05|Atlantic Richfield Co|Process for inhibiting scale formation in oil well brines|
    US3633672A|1970-05-11|1972-01-11|Dow Chemical Co|Inhibition of deposition of scale|
    DE3233783A1|1982-09-11|1984-03-15|Metallgesellschaft Ag|Verfahren zur verhinderung von ablagerungen in durchlaufkuehlsystemen|WO1991004355A1|1989-09-16|1991-04-04|Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien|Verwendung von komplexbildnern als lysierungsmittel für galactite|US3547817A|1967-06-22|1970-12-15|Betz Laboratories|Inhibition of scale formation|
    US4264463A|1977-12-27|1981-04-28|Nissan Chemical Industries Ltd.|Process for removing calcium oxalate scale|
    JPS6156781A|1984-08-29|1986-03-22|Takao Kinzoku Kogyo Kk|Welding method|CH674851A5|1987-12-01|1990-07-31|Bbc Brown Boveri & Cie||
    DE3928747A1|1989-08-30|1991-03-07|Henkel Kgaa|Verfahren zur desinfektion von harten oberflaechen mit chlordioxid|
    US5069798A|1989-12-15|1991-12-03|W. R. Grace & Co.-Conn.|Control of scale in aqueous systems using certain phosphonomethyl amines|
    US5078894A|1990-04-30|1992-01-07|Arch Development Corporation|Formulations for iron oxides dissolution|
    US5534177A|1992-02-14|1996-07-09|Mayhan; Kenneth G.|Compositions useful for removing products of metal corrosion|
    CA2107939C|1993-01-13|2001-01-30|Stephen B. Kong|Acidic aqueous cleaning compositions|
    US5411727A|1994-08-10|1995-05-02|Olin Corporation|Method for the dissolution of calcium carbonate solids in the presence of aqueous chlorine solutions|
    US5993558A|1996-07-17|1999-11-30|Texaco Inc.|Removal of fluoride-containing scales using aluminum salt solution|
    AU2002300062B8|2001-07-16|2010-04-15|Dudley Mills Pty Ltd|Removal of Phosphate from Water|
    HRP20030605A2|2003-07-25|2005-04-30|Lambaša Romeo|Agent, appliance and process for removing scale|
    WO2007096711A2|2005-12-12|2007-08-30|Vitech International, Inc.|Multipurpose, non-corrosive cleaning compositions and methods of use|
    DE102008030128A1|2008-06-27|2009-12-31|Suto Gmbh|Citratstein-Inhibitor|
    US9540560B2|2013-12-13|2017-01-10|Halliburton Energy Services, Inc.|Methods and systems for acidizing subterranean formations|
    US10005950B2|2013-12-13|2018-06-26|Halliburton Energy Services, Inc.|Methods and systems for removing geothermal scale|
    US9782731B2|2014-05-30|2017-10-10|Battelle Memorial Institute|System and process for dissolution of solids|
    GB2542306A|2014-09-30|2017-03-15|Halliburton Energy Services Inc|Solid acids for acidizing subterranean formations|
    US9809716B2|2015-01-14|2017-11-07|Halliburton Energy Services, Inc.|Methods and systems for protecting acid-reactive substances|
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    法律状态:
    1986-05-09| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DK FI JP NO US |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3439263.7||1984-10-26||
    DE3439263||1984-10-26||DE19853567626| DE3567626D1|1984-10-26|1985-10-26|Solution process and solvent for hardly soluble carbonates|
    AT85905794T| AT40097T|1984-10-26|1985-10-26|Loesungsverfahren und loesungsmittel fuer schwerloesliche karbonate.|
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